CN113226172A - 用于确定肢体模型的方法,计算机可读存储介质和系统 - Google Patents

用于确定肢体模型的方法,计算机可读存储介质和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定肢体模型的方法,所述方法用于提供单独设计的矫形器或假肢,所述方法包括显示用于用户输入的数据的至少一个选项的步骤,特别是以患者问卷的形式。在另一步骤中,基于所述数据输入来确定至少一个患者特定的输入参数。在一个步骤中,使用所述至少一个输入参数创建至少一个原始模型。在另一步骤中,确定所述原始模型的至少一个测量参数,并且根据一个步骤,进行所述原始模型和所述至少一个测量参数的可视化,尤其是显示。此外,本发明涉及一种计算机可读存储介质和系统。

Description

用于确定肢体模型的方法,计算机可读存储介质和系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定肢体模型的方法,特别是用于提供单独设计的矫形器或假肢的方法。
背景技术
预装配的矫形器和/或假肢为截肢或受伤肢体的患者提供了一种在美学和功能方面都相对便宜的替代方法。然而,由于符合患者解剖结构的可能性有限,这些标准解决方案在美观性和穿着舒适性方面可能存在重大挑战。
然而,对矫形器或假肢的单独建模、生产和调适,包括盖或外壳,以实现审美愉悦的肢体,是一个艰苦和耗时的过程。
对于这种特定于患者的解决方案,可以捕获类似的健康肢体,通过三维扫描重建受伤或截肢的肢体。通过这种方式,已经可以确定矫形器或假肢的患者特定适应的显著尺寸。然而,传统上,出于此目的,使用手动测量形式的非常简单的方法,由此在所谓的尺寸图的基础上获得相关的解剖测量。
为此,患者必须接受医生或骨科专家的三维扫描。此外,必须在现场调整并确保设备的正确就位。此外,在双侧截肢的患者中,缺乏一种可比的模拟肢体,这种肢体首先可以通过三维扫描获得。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种方法,所述方法允许以简单有效的方式确定肢体模型,特别是提供单独设计的矫形器或假肢,而无需捕获类似的、可比较的解剖结构,其中还确保了模型和由此产生的矫形器或假肢的患者特定适应。本发明的另一个目的是提供一种存储介质和系统。
通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求11所述的计算机可读存储介质和根据权利要求12所述的系统来实现所述目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。
根据本发明,用于确定肢体模型的方法,特别是用于提供单独设计的矫形器或假肢的方法,具有以下步骤:
a)显示用于用户输入的数据的至少一个选项,特别是以患者问卷的形式;
b)基于所述数据输入确定至少一个患者特定的输入参数;
c)使用所述至少一个输入参数生成至少一个原始模型;
d)确定所述原始模型的至少一个测量参数;
e)可视化所述原始模型和/或所述至少一个测量参数。
本发明基于基于用户自己提供的信息来确定患者肢体的模型和/或原始模型的基本思想。特别地,提供由相应的患者或用户提供患者个人或患者特定信息。
因此,可以在不执行3D扫描或其他测量方法的情况下提供至少一个原始模型。原始模型基于患者自己输入的信息和描述其身体结构的信息。在原始模型的基础上,可以制作个性化的矫形器或假肢。
在本发明的上下文中,原始模型可以涉及患者的单个肢体或整个身体,以适当地描述肢体和整个身体的比例。
在本发明的上下文中,用户应被理解为患者、治疗医生或经认证的假肢矫形师。因此,数据输入可由患者本人或被指派治疗患者的另一人直接进行。
特别地,可以向患者展示问卷,为数据输入提供适当的选项。这允许患者自己输入一般信息,以便为要确定的至少一个原始模型收集数据。无需基于3D扫描等费力地生成解剖数据。相反,可以想象的是,向用户呈现关于人本身和他/她的身体构造的一般性问题,特别是基于这些问题,可以导出假肢或矫形器的基本解剖尺寸。
或者,可以想象,用户提供肢体和/或解剖学的图像,或他/她的身体的图像以供数据输入,相应的输入参数可从所提供的图像中确定。
基于至少一个用户数据输入来确定提供解剖尺寸的至少一个患者特定输入参数。基于例如年龄、性别、身高、鞋尺寸和/或重量的输入,例如下肢的基本尺寸可以确定为输入参数。
可以从至少一个输入参数导出原始模型的基本结构尺寸,例如,为了对患者的肢体进行建模。原始模型用于生产矫形器或假肢。可以仅基于输入参数生成的原始模型具体地表示要为其生成个性化矫形器或假肢的相关肢体的第一近似值。特别地,提供了在纯粹基于输入参数的基础上进一步单独化原始模型的第一近似。
通过确定原始模型上的至少一个测量参数,可以确定矫形器或假肢的参数。可为用户确定和澄清基本尺寸或测量值。
此外,预期原始模型将在生成之后可视化,尤其是显示。这样,可以向用户、特别是患者提供和传授数据输入结果的图像的、优选的空间印象。
根据优选实施例,原始模型的可视化以化身(avatar)的显示的形式发生。因此,可以向用户提供数据输入的结果和由此确定的输入参数的印象。
在本发明的上下文中,化身应当被理解为优选地用于向用户说明的原始模型的二维或三维表示。
在另一优选实施例中,方法包括以下步骤,特别是在接收至少一个输入参数之前或之后:
g1)尤其基于一个或多个化身显示多个图像或三维表示;
g2)接收呈用户对至少一个图像和/或至少一个表示的选择形式的数据输入,
g3)基于至少一个图像和/或至少一个表示的选择来确定至少一个形状参数,
其中,使用至少一个输入参数和/或至少一个形状参数生成至少一个原始模型或至少一个原始模型。
在本发明的上下文中,可以使用形状参数,例如,确定肌肉体积或体重的肌肉比例,指定单个组织部分和/或上半身或下半身等的定义。因此,用户可以基于至少一个形状参数来确定患者肢体或身体结构的近似外观。
此外,根据本发明,显示用于用户输入的数据的至少一个选项的步骤包括显示多个图像,其中数据输入包括选择所显示的图像中的至少一个。因此,特别是通过图像的显示和选择,可以以类似或相同的方式来确定形状参数和输入参数。
具体地,提供了基于通过用户输入的相应数据从多个图像中进行的选择来确定至少一个形状参数。因此,这些图像可用于说明患者身体结构的各种示例。因此,可以通过选择一个或多个图像来确定或导出形状参数。患者身体结构的基本定义很容易提供。
在一个实施例中,对原始模型进行迭代确定和/或细化。例如,至少可以多次执行步骤g1)至g3),以便使用至少一个输入参数和至少一个形状参数迭代地生成和/或细化原始模型。
在另一实施例中,所述方法具有以下步骤:
-使用至少一个输入参数和/或至少一个形状参数从解剖数据库确定至少一个基于统计的特征参数,
-利用特征参数生成原始模型。
为了确定至少一个基于统计的特征参数,可以使用具有不同患者的解剖值的大量示例案例的解剖数据库。如果将患者特定的输入参数或形状参数用作参考,则可以通过对构成数据库基础的解剖数据集进行统计分析来提供原始模型的进一步尺寸。其中待确定的基于统计的特征参数可基于例如患者肢体的个体尺寸之间的人类学关系。
使用这样的解剖数据库来确定基于统计的特征参数,可以将解剖尺寸的统计可确定关系并入原始模型的配置中。
根据优选实施例,所述方法包括以下步骤:
-基于至少一个测量参数修改原始模型,尤其是优化外轮廓。
使用至少一个测量参数,用户可以自己对原始模型进行自适应。例如,可以基于已经考虑的输入参数、测量参数、形状参数和/或特征参数来优化原始模型的外轮廓。
可根据测量参数对原始模型进行单独修改,以确定患者特定的原始模型。
根据一个实施例,提供了通过将原始模型连接到至少两个参考点和/或至少一个参考平面以及对参考点和/或公共几何体之间的距离进行尺寸标注来确定原始模型的至少一个测量参数。
原始模型尤其可以通过面积和/或体积来定义。这样,原始模型呈现解剖表面结构的建模,优选地具有解剖上突出的节点和/或参考点。
基于原始模型提供的外壳可连接到优选的可自由选择的参考平面和/或参考平面可延伸穿过原始模型的表面和/或体积,使得参考平面与原始模型相交和/或重叠。这样,原始模型和参考平面形成一个公共曲面或公共边形状。
因此,可基于公共边缘形状(例如,根据肢体横截面的周长)或基于(体积)表面积(用于确定肢体特定位置处的肢体横截面体积,例如小腿肌肉组织)来确定所测量的参数。此外,例如,可以捕获两个参考点之间的距离作为对肢体的度量。
根据另一优选实施例,通过原始模型上的三个预定参考点或通过原始模型上的至少一个预定参考点和预定方向来确定至少一个参考平面。
特别地,参考平面可以基于解剖上显著的参考点来定义和/或预定。因此,关节面、骨结构的端点等可用于建立参考平面。还可以基于通过单个参考点的行进以及预定方向(优选在法向量的意义上)来定义参考平面。
根据另一实施例,至少一个输入参数描述肢体,特别是原始模型描述肢体的表面或体积,和/或具有至少一个输入到人口统计信息和/或病理信息的患者特定数据。
病理数据和/或信息可指疾病模式,例如棒足、踝关节的固定,特别是骨关节炎、骨关节病、假关节病、骨坏死和关节融合、脚下垂、腓骨韧带断裂、例如由于脑轻瘫、脊柱侧凸、脚下垂而导致的松弛性瘫痪,八字脚、肢体截肢程度等。
输入参数可被视为肢体或患者单独信息的描述性指示。例如,输入参数可以指定肢体的类型,还可以确定患者的一般信息。因此,输入参数表示原始模型的一般基础,其中可以特别基于测量参数、形状参数和/或特征参数来执行原始模型的进一步达到规范。
不同类型的参数可能不同,特别是在其可修改性以及确定它们的程序方面。因此,基于统计的特征参数不能由用户直接修改。另一方面,所确定的测量参数可由用户通过从图像的数目中相应地选择来调节,类似于形状参数。
此外,所述方法包括以下步骤:
-由授权用户确定要单独定义的至少一个解剖参数;
-使用至少一个解剖参数修改原始模型。
在本发明的上下文中,优选地,治疗医生或矫形医生或具有足够技术专长的其他人意图作为授权用户。特别地,在本发明的上下文中,患者不应被理解为授权用户。
因此,医生和/或骨科医生可以基于解剖参数的定义来调整原始模型的基本的、特别是关键的解剖参数。因此,如有必要,可以对原始模型进行基本和/或非常具体的尺寸和测量更改。例如,从医学或骨科的角度来看,如果原始模型不能充分反映患者的解剖结构,特别是基于输入参数,则这是必要的。特别地,可以以解剖参数的形式捕获原始模型的参数,这些参数对于以后从安全或医学角度实施矫形器或假肢至关重要。
此外,所述方法可以作为迭代方法提供,其中,从用于数据输入的至少一个选项的显示到所生成的至少一个原始模型的可视化的步骤重复多次以迭代地确定肢体的模型。
特别地,可以以迭代形式优化和细化至少一个原始模型,以便允许逐步逼近患者特定的解剖结构。为此,根据本发明的方法可以多次运行,其中从数据输入到可视化的步骤优选地交替和/或重复。这样,可以使用户能够逐步优化至少一个原始模型。
特别优选地,可以生成和显示多个原始模型,在迭代过程中逐步减少原始模型的数量,并且近似于患者特定的解剖结构,从而可以实现患者特定的个体化原始模型。
根据另一优选实施例,所述方法包括以下步骤:
-使用配置用于生产单独设计的矫形器或假肢的原始模型来控制生产设备。
因此,个体化原始模型可以优选地借助于附加生产方法,特别是3D打印过程、(计算机控制的)铣削方法等,直接用于个体化矫形器或假肢的实施或生产。个体化矫形器或假肢可以由塑料材料、泡沫材料、聚合物、特别是硅酮、金属等制成。在这方面,特定于患者的原始模型表示要为其生产矫形器或假肢的患者的个体肢体。
在本发明的一个辅助方面中,提供了一种计算机可读存储介质,其包含当指令由至少一个处理器执行时使至少一个处理器实现根据前述权利要求中一项所述的方法的指令。
根据另一个辅助方面,提供了一种系统,其包括:
-至少一台服务器,其具有至少一个计算机单元和至少一个存储单元,特别是根据本发明的存储介质,
-至少一个移动终端设备,
其中,所述系统优选地配置为实现根据本发明的方法。
特别地,可以提供移动终端设备以供用户输入数据。因此,用户可以以简单、有效的方式提供用于确定原始模型的必要数据。此外,尤其是通过显示原始模型的化身,可以直接在移动终端设备上显示可视化。
附图说明
现在将参照示例性实施例更详细地描述本发明。在附图中:
图1是根据本发明的方法的示例性实施例的示意流程图。
10、用户输入的数据;20、输入参数的确定;30、显示多个图像;32、形状参数的确定;40、基于统计的特征参数确定;50、生成原始模型;60、测量参数的确定;70、原始模型的可视化;72、测量参数的调整;74、解剖参数的确定/调整;80、生产设备的控制。
具体实施方式
图1示出了以流程图的形式确定肢体模型的方法的示例性实施例。
在第一步骤中,由用户执行数据输入10。在此,用户可以是医生、经认证的假肢矫正师,或者优选地,患者本人。不需要用户的特别授权。相反,通过数据输入请求关于患者或患者的身体构造的一般信息。因此,可以通过这种方式请求或输入人口统计和/或病理信息。
特别地,提供了以问卷的形式向用户显示用于输入数据的选项。因此,可以从用户接收诸如患者的年龄、身高、鞋尺寸或性别之类的数据。
在下一步骤中,根据输入信息或输入数据确定各种输入参数20。这些输入参数与至少一个要生成的原始模型的最基本属性相关。尤其可以从输入的数据的总和中提取输入参数,例如结合性别和体重的身高。
在另一步骤中,进行多个图像的显示30,这可以优选地基于从解剖数据库中的选择。这些图像可以包括上身或下身和/或各种肢体以及这些肢体的不同形式。因此,在重量和体脂肪含量方面的不同身体或肢体形式等可呈现给用户以供选择。在他/她选择图像时,用户可以由他/她已知的相关肢体的结构来引导。无需与第二个类似肢体进行直接比较,如3D扫描。相反,对于双侧截肢的患者也可以自由选择。
在选择至少一个图像30之后,基于其确定各种形状参数和/或限制更精确地指定和/或更精确地使至少一个原始模型的外轮廓个性化的形状参数的选择。因此,对于要产生的至少一个原始模型,可以考虑选择用于肢体定义的图像,特别是用于肢体的美学定义的图像。因此,至少一个原始模型可以更精确地指定。
优选地,作为迭代过程的一部分,多个原始模型被连续地缩减,并且近似于患者特定的解剖结构以获得患者特定的原始模型。
在另一步骤中,执行基于统计的特征参数40的确定。特别是,为此目的,可以使用解剖学数据库,其中可以包含不同患者的大量解剖学尺寸,以便提供有社会根据的人类学数据基础。这样,可以在已经确定的输入参数以及形状参数的基础上,以统计方式确定特征参数形式的进一步尺寸,从而可以在其单独的尺寸和尺寸测量中进一步指定原始模型。
或者,可以结合输入参数和/或形状参数的确定直接确定基于统计的特征参数40的确定。
根据图1的示例性实施例,在随后的步骤中,基于输入参数、形状参数和关键参数来生成原始模型50。基于输入参数的输入(优选以问卷的形式)以及形状参数的输入(优选在从多个图像中选择的意义上),可以简化和快速地提供原始模型。
一个耗时的三维扫描,或医学或骨科检查是没有必要的。相反,患者本人或作为用户的另一第三方也可以提供生成原始模型所需的信息。
在一个步骤中,在本发明的范围内提供由用户确定的至少一个测量参数。因此,例如,可以确定沿小腿肌肉组织的外周长和/或横截面体积。
随后,优选地以原始模型的显示或图形表示的形式对原始模型70进行可视化。具体地,提供了将原始模型显示为化身,以便用户接收原始模型的图像或空间表示。此外,指定的测量参数60可以与化身一起显示。因此,用户可以将美学外观和尺寸与要治疗和/或更换的肢体进行比较。
在显示原始模型70之后,任何用户都可以沿原始模型的轮廓调整72确定的测量参数60。因此,原始模型也可以直接适用于患者,至少在有限的范围内。
相比之下,可以由授权用户进行解剖参数74的确定和适配。授权使用者尤其应被理解为具有必要背景知识的医生或骨科医生。
解剖参数74的确定和/或适配可以为授权用户提供更广泛的可能性,用于对原始模型进行个性化和特定的适配,其中所测量的参数只能为任何用户提供有限的能力,以基于所生成的原始模型进行修改,特别是,输入参数、形状参数和特征参数。
例如,可以基于解剖参数修改原始模型的基本尺寸,以便例如优化矫形器或假肢在关节区域等中的正确配合。具体地,基于解剖参数,可以覆盖来自输入参数、形状参数和/或特征参数的现有数据和/或尺寸。
作为可选方法可能性,在图1中用虚线表示测量参数72以及解剖参数74的自适应。
在解剖参数74和/或测量参数72的可选修改之后,发生新一代50和原始模型的可视化70。因此,可以在所示的、优选地显示为化身的原始模型中检查新参数。自然地,可以设想在修改测量参数72和/或解剖参数74之后对原始模型的直接自发再生和重新标定,以便用户和/或授权用户可以直接观察或观察所显示化身中所做的改变。
因此,在可视化70之后基于测量参数72和/或解剖参数74修改原始模型使得能够基于所生成和图示的原始模型实现广泛的个性化。
此外,根据图1的方法可以配置为迭代方法(在图1中用虚线表示)。因此,在至少一个原始模型的可视化70之后,可以执行新的数据输入10以进一步确定至少一个原始模型。
具体地说,从数据输入10到可视化70的步骤可以是可重新执行的或彼此直接交换的可执行的。或者,例如,图像30的显示和形状参数32的确定也可以与至少一个原始模型的可视化70交替进行。
在根据图1的方法以迭代形式多次运行的情况下,初始多个原始模型可以逐步地近似于患者特定的解剖结构,并且原始模型的数量可以具体地减少,以便达到最佳可能的个性化原始模型的显示。
具体地说,多个原始模型可以优选地基于解剖数据库向用户呈现连续的、更精确地指定解剖结构的选择,以便用户基于迭代数据输入到达期望解剖结构和/或肢体的优化近似。在此,多个原始模型的显示可以理解为基于当时提供的信息和/或数据基础的不同备选方案的选择。
如果所示的原始模型70足够个性化和尺寸化,则将特定于患者的原始模型转移到生产设备80。具体地说,生产设备可以通过原始模型进行控制,从而在原始模型的基础上生产单独设计的假肢或相关的、单独设计的矫形器。
具体地说,生产设备被配置为3D打印系统或铣削系统,用于将要提供的矫形器和/或假肢的加法或减法生产。
因此,在生产工厂的基础上,可以将患者肢体的个体化原始模型转换为矫形器或假肢,而无需耗时的3D扫描或进一步检查。相反,原始模型优选地可由患者的数据输入充分确定,作为将要形成的矫形器和/或假肢的基础。
总而言之,可以基于本发明提供简单而有效地生成原始模型的可能性,以便在此基础上,优选地以3D打印方法或铣削方法来生产特别适合的矫形器或假肢。

Claims (12)

1.一种用于确定肢体模型、用于提供矫形器或假肢的方法,
包括以下步骤:
a)显示用于用户输入的数据的至少一个选项,特别是以患者问卷的形式;
b)基于所述数据输入确定至少一个患者特定的输入参数;
c)使用所述至少一个输入参数生成至少一个原始模型;
d)确定所述原始模型的至少一个测量参数;
e)可视化,特别是显示所述原始模型和可选的所述至少一个测量参数。
2.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于:
所述至少一个原始模型的所述可视化以一个化身或多个化身的显示的形式发生。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于:
所述方法包括以下步骤:
g1)显示多个图像和/或三维表示;
g2)接收呈所述用户对至少一个图像和/或至少一个表示的选择形式的数据输入,
g3)基于所述至少一个图像和/或所述至少一个表示的所述选择来确定至少一个形状参数,
其中使用所述至少一个输入参数和所述至少一个形状参数生成至少一个原始模型。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,特别是根据权利要求3所述的方法,
其特征在于:
至少多次执行所述步骤g1)到g3),以便使用所述至少一个输入参数和所述至少一个形状参数迭代地生成或细化原始模型。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于:
所述方法包括以下步骤:
-使用所述至少一个输入参数和/或所述至少一个形状参数从解剖数据库确定至少一个基于统计的特征参数,
-利用所述特征参数生成所述原始模型。
6.根据权利要求5所述的方法,
其特征在于:
所述方法具有以下步骤:
-基于所述至少一个测量参数修改所述原始模型,尤其是优化外轮廓。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于:
通过将所述原始模型连接到至少两个参考点和/或至少一个参考平面,以及确定所述参考点和/或公共几何体之间的距离,来确定所述原始模型的所述至少一个测量参数。
8.根据权利要求7所述的方法,
其特征在于:
所述至少一个参考平面通过所述原始模型上的三个预定参考点确定,或者通过所述原始模型上的至少一个预定参考点和预定方向确定。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于:
所述至少一个输入参数描述肢体,特别是所述原始模型描述所述肢体的表面或体积,和/或具有至少一个输入到人口统计信息和/或病理信息的患者特定数据。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于:
所述方法具有以下步骤:
-使用配置用于生产单独设计的矫形器或假肢的所述原始模型来控制生产设备。
11.一种计算机可读存储介质,其包含用于在指令由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器实现根据前述权利要求中一项所述的方法的指令。
12.一种系统,其包括:
-至少一台服务器,其具有至少一个计算机单元和至少一个存储单元,特别是根据权利要求11所述的存储介质,
-至少一个移动终端设备,
其中所述系统优选地配置为实现根据权利要求1至10中一项所述的方法。
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